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石墨烯基电热膜室内采暖应用研究

石墨烯基电热膜室内采暖应用研究

作者：汪靖凯西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着社会经济发展和科技进步,居住环境舒适度正逐步受到人们广泛关注,冬季室内采暖需求向多元化、便捷化及智能化方向发展,传统的集中供暖、空气源热泵供暖、空调供暖等供暖方式存在热量损失大、易污染环境、设备复杂、成本高、不易于... 详细信息

随着社会经济发展和科技进步,居住环境舒适度正逐步受到人们广泛关注,冬季室内采暖需求向多元化、便捷化及智能化方向发展,传统的集中供暖、空气源热泵供暖、空调供暖等供暖方式存在热量损失大、易污染环境、设备复杂、成本高、不易于管理等弊端,已不能满足现代建筑室内采暖需求。电热膜采暖具有灵活、绿色、控制方便及安装维护成本低的优势,成为该领域的研究热点。石墨烯具有高导电、高红外辐射等性能,成为高性能电热膜的首选材料。然而,目前关于石墨烯基电热膜的研究大多集中在电热转换材料设计、制备工艺等方面,并未对其采暖效果、舒适度、经济性等工程应用上的问题进行系统研究,制约了电热膜室内采暖方式的市场推广。为此,本文基于电磁波和红外辐射的基本理论分析,首先研究了电热膜的发热功率;通过建模采用理论计算和数值仿真的方法,研究了电热膜采暖房间的流场与温度场分布规律、电热膜表面铺设的不同类型和厚度的覆层对电热膜房间采暖效果的影响,并将电热膜采暖效果并与普通散热器采暖效果进行对比。在此基础上,对石墨烯基电热膜电热性能进行了实验研究,并与高分子类型电热膜进行对比,分析了电热膜室内采暖效果影响因素。最后,从工程应用角度,对电热膜室内采暖的热舒适度和经济效益进行了测试和讨论。以期为电热膜室内采暖市场应用提供可靠的理论分析及实验研究数据。通过研究,得出以下创新性结论:1.采用理论计算和数值仿真的方法,研究电热膜采暖房间和散热器采暖房间流场及温度场分布情况以及在电热膜表面铺设不同类型、厚度的覆层对电热膜采暖效果的影响。研究发现,两种供暖方式靠近热源处空气温度较房间中心区域高1～1.5 C,且靠近热源的空气层中产生自然对流。散热器采暖房间主体区域气流速度较电热膜采暖房间小,电热膜采暖房间主体区域温度更为均匀。此外,电热膜表面铺设覆层后,房间内空气平均温度与覆层导热系数、厚度呈正相关关系,且覆层导热系数升高至2.7以上后房间内空气平均温度上升趋势放缓。纳米流体夹层板覆层较普通固体地面装饰材料覆层而言具有更强的均热能力,在房间内电热膜未铺满地面时应用价值尤为突出。2.电热膜电热性能及采暖效果实验监测研究。分别以石墨烯、高分子材料改性石墨烯为发热材料的两种电热膜铺设于人工气候室内进行热辐射采暖性能研究。实验发现,两种电热膜连续通电发热过程大致可分为快速升温、慢速升温两部分。通电后两电热膜表面温度在5 min内由室温升高至最高温度的82%之后,进入缓慢升温阶段。石墨烯基电热膜电功率平均值为1650 k W,高分子电热膜为1500 k W,两种材料能耗相当。3.电热膜采暖的热舒适性及经济性评价。首先研究电热膜采暖房间室内人员的热感受,随后分别计算某一总面积500 m的模拟建筑采用石墨烯基电热膜、高分子电热膜和空气源热泵三种方式进行采暖时的费用年值这一经济指标,并且使用敏感性分析法寻找相同变化幅度下对费用年值影响最大的不确定因素(最敏感因素)。研究发现,受试者普遍反映电热膜房间内偏暖,但基本感觉舒适。其中在相同室温下,男性更多人感觉房间偏热,女性较男性而言更喜好偏热环境。影响电热膜经济性的最敏感指标为运行费用,即采暖用电费用。经过计算,使用年限为20年时,石墨烯基电热膜费用年值为19939.88元,高分子电热膜为18593.00元,散热器采暖为15065.41元。与热泵采暖相比,电热膜采暖费用年值稍高,但在可接受范围内,用户不需过度在意石墨烯基电热膜采暖费用问题,且电热膜采暖适合在未铺设集中供暖的地区大面积推广使用。基于以上研究,认为电热膜采暖可以达到传统采暖方式的采暖效果,采暖经济性亦与传统采暖方式相当,且电热膜采暖较传统采暖方式具备更高灵活性、安装维护成本更低且更易于智能控制,可以满足多样化和极端环境、临时建筑采暖需求。

关键词：电热膜石墨烯采暖热舒适经济性

玄武岩纤维/TiO_2复合材料的制备及光催化性能研究

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功能材料 2018年第5期49卷 5011-5015页

作者：杭美艳汪靖凯内蒙古科技大学建筑与土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学环境与能源学院内蒙古包头014010

采用绿色环保的水热法,在较低的温度下制备出一种新型的玄武岩纤维/TiO_2复合材料,使用XRD分析了复合材料的物相结构,采用SEM观测了复合材料的形貌,并对水热法合成其机理进行了分析,研究了其在模拟太阳光下对甲基橙的光催化性能。结果表... 详细信息

采用绿色环保的水热法,在较低的温度下制备出一种新型的玄武岩纤维/TiO_2复合材料,使用XRD分析了复合材料的物相结构,采用SEM观测了复合材料的形貌,并对水热法合成其机理进行了分析,研究了其在模拟太阳光下对甲基橙的光催化性能。结果表明,150℃水热条件下、反应10h合成的玄武岩纤维/TiO_2复合材料中,颗粒状的TiO_2涂层均匀包覆于玄武岩纤维表面,并没有改变玄武岩纤维结构,形成了一种具有核壳结构的新型玄武岩纤维/TiO_2复合材料,60min复合材料对甲基橙的降解率达到95.3%。

关键词：玄武岩纤维/TiO2 复合制备光催化

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Cu/Al纳米流体的制备及导热性能

应用化工 2021年第3期50卷 620-624,629页

作者：汪靖凯赵蕾马丽斯西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院陕西西安710055 空军工程大学基础部陕西西安710051

以柠檬酸钠和β-糊精为稳定剂、以抗坏血酸为还原剂,采用化学还原法制备Cu/Al复合纳米粒子,以水-乙二醇为基液,制备不同质量分数的Cu/Al复合纳米流体。利用XRD、SEM、TEM对Cu/Al复合纳米粒子的相结构和微观形貌进行表征,采用紫外-可见... 详细信息

以柠檬酸钠和β-糊精为稳定剂、以抗坏血酸为还原剂,采用化学还原法制备Cu/Al复合纳米粒子,以水-乙二醇为基液,制备不同质量分数的Cu/Al复合纳米流体。利用XRD、SEM、TEM对Cu/Al复合纳米粒子的相结构和微观形貌进行表征,采用紫外-可见分光光度计和热物性分析仪测试Cu/Al复合粒子纳米流体的稳定性和导热性;研究了不同铜盐前驱体、不同浓度的铜盐对Cu/Al复合纳米相结构和形貌的影响;研究了分散剂种类及纳米粒子添加量对纳米流体稳定性和导热性影响。结果表明,以醋酸铜为前驱体,采用还原法制备的Cu/Al纳米复合粒子具有核壳结构,大小均匀,粒径约为50 nm;以柠檬酸钠为稳定剂,质量百分数为0.1%,0.3%,0.5%复合Cu/Al纳米流体均具有良好的分散稳定性;纳米流体的导热系数随着添加物用量增加而提高,当Cu/Al纳米复合粉体的质量分数为0.5%时,室温下纳米流体的导热系数相对于基液可提高39.6%。

关键词： Cu/Al核壳结构纳米流体制备导热

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网络时代的草根记者

科技传播 2015年第8期7卷 37 41-,41页

作者：汪靖凯西南交通大学艺术与传播学院四川成都611756

当今对草根记者存在的声音很多且褒贬不一,草根记者是必然存在且必须存在的。本文从草根记者的出现、发展、现状、前景四个阶段剖析草根记者在网络时代的不同层面价值。随着互联网的出现,草根文化得到前所未有的发展,草根新闻以其与群... 详细信息

当今对草根记者存在的声音很多且褒贬不一,草根记者是必然存在且必须存在的。本文从草根记者的出现、发展、现状、前景四个阶段剖析草根记者在网络时代的不同层面价值。随着互联网的出现,草根文化得到前所未有的发展,草根新闻以其与群众的接近性迅速跃升最受欢迎新闻类型,而草根记者是此类新闻的最大贡献者。草根记者到底缘何产生,如何发展,现状怎样,前景预测在本文中将一一解析,从历程的角度透视这个"洋气"的群体。

关键词：草根新闻媒体记者科技

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由银镜反应引发的思考

中学化学教学参考 2013年第12期 38-39页

作者：汪靖凯西安市八十三中

以回收的银镜反应实验中产生的银为原料，探究了银镜反应中还原剂选择的依据，并以sn2＋为还原剂与银氨溶液反应得到了均匀的银镜。

关键词：银镜反应还原剂 Sn2+

玄武岩纤维/TiO_2复合材料的制备及表征

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材料科学与工艺 2017年第2期25卷 79-84页

作者：汪靖凯杭美艳李可庆杨文焕张培育内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学建筑与土木工程学院内蒙古包头014010

TiO_2纳米粉体应用于光催化领域存在光吸收仅局限于紫外光区域、难以回收等缺点,因此,纳米TiO_2固定化和可见光改性成为光催化领域的两个研究热点.本文采用绿色环保的水热法,将TiO_2负载于玄武岩纤维载体上,在较低的温度下制备出一种新... 详细信息

TiO_2纳米粉体应用于光催化领域存在光吸收仅局限于紫外光区域、难以回收等缺点,因此,纳米TiO_2固定化和可见光改性成为光催化领域的两个研究热点.本文采用绿色环保的水热法,将TiO_2负载于玄武岩纤维载体上,在较低的温度下制备出一种新型的玄武岩纤维/TiO_2复合材料.使用XRD分析了复合材料的物相结构,采用SEM观测了复合材料的形貌,并对水热法合成其机理进行了分析.结果表明:150℃水热条件下、反应10 h合成的玄武岩纤维/TiO_2复合材料中,颗粒状的TiO_2涂层均匀包覆于玄武岩纤维表面,并没有改变玄武岩纤维结构,形成了一种具有核壳结构的新型玄武岩纤维/TiO_2复合材料,经过TiO_2修饰的玄武岩纤维对可见光有很好吸收.因此,玄武岩纤维/TiO_2复合材料是一种具有潜在应用价值的可见光催化材料.

关键词：玄武岩纤维 TiO2 复合制备表征分析

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强化泡沫驱配方的研究

当代化工 2017年第10期46卷 2081-2084页

作者：汪靖凯张强辽宁石油化工大学辽宁抚顺113001

泡沫驱在三次采油中有降低原油和水之间的界面张力,提高驱油效率的特性被广泛应用,在三次采油中有明显的优势。实验以Waring Blender法为试验依据,对ZS系列发泡剂驱在45~95℃温度区间下进行检测,通过泡沫半衰期和析液半衰期来衡量泡沫... 详细信息

泡沫驱在三次采油中有降低原油和水之间的界面张力,提高驱油效率的特性被广泛应用,在三次采油中有明显的优势。实验以Waring Blender法为试验依据,对ZS系列发泡剂驱在45~95℃温度区间下进行检测,通过泡沫半衰期和析液半衰期来衡量泡沫驱的稳定性。通过考察在温度45~95℃区间,加入不同剂量的AMPS对比试验。通过实验得出ZS-52于20℃时,泡沫体积为960 mL,泡沫半衰期为25.7 h,析液半衰期为2.7 h,发泡量优秀,稳定性强。在95℃时,析泡沫半衰期为8.1 h,液半衰期为36 min,在高温下发泡剂的稳定性要好于常见的油田发泡剂。

关键词：发泡能力稳定性发泡体积

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纳米银溶胶的制备及光学性能

信息记录材料 2013年第6期14卷 39-41页

作者：汪靖凯沙的涛陕西省西安市八十三中西安710055

采用不同的还原剂制备了纳米银溶胶,采用X-射线衍射仪(XRD)测试了样品的相结构,采用SEM观察了样品的形貌特征,利用紫外-可见光谱(UV-Vis)表征了其光学性能,并对其光学机制进行了研究。实验结构表明,不同的还原剂可以实现银离子粒径大小... 详细信息

采用不同的还原剂制备了纳米银溶胶,采用X-射线衍射仪(XRD)测试了样品的相结构,采用SEM观察了样品的形貌特征,利用紫外-可见光谱(UV-Vis)表征了其光学性能,并对其光学机制进行了研究。实验结构表明,不同的还原剂可以实现银离子粒径大小的控制,尺寸不同的银粒子由于其表面等离子体共振效应产生的光学性质不同,导致对光的吸收度不同。

关键词：银溶胶还原剂光学性能

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建筑环境学自主研究进阶与能力培养提升

高等建筑教育 2024年第5期33卷 149-154页

作者：张雪研陈滨汪靖凯吕阳都佳大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024

建筑环境学课程在建筑环境与能源应用工程专业培养方案中占据重要地位。大连理工大学建筑环境学课程以教学改革为突破口,从“以教为中心”向“学以致用”转变。通过归纳近20年学生自主选题情况、研究对象类型、相应研究方法、实验仪器... 详细信息

建筑环境学课程在建筑环境与能源应用工程专业培养方案中占据重要地位。大连理工大学建筑环境学课程以教学改革为突破口,从“以教为中心”向“学以致用”转变。通过归纳近20年学生自主选题情况、研究对象类型、相应研究方法、实验仪器分配与更新变化等,评估学生运用所学知识点分析问题、解决问题等综合能力的提升情况,发现随着实验仪器测试参数及记录功能的完善,自主实验研究的选题范围逐渐扩大,50%以上的学生选择探究不同使用功能建筑的综合环境变化特征,并给出原因解析;100%的学生采用非单一研究方法开展课程自主研究。该研究过程有助于学生深度学习室内外环境调控的机理、目的和手段,培养了学生以正确的价值观从事工程和社会实践活动的能力。因此,在授课过程中,需深度挖掘课程内容,突破习惯性认知模式,优化各章课堂教学设计,提升自主实践研究过程考核的挑战度,继续推进现代信息技术与教学过程的深度融合,强化课程思政建设,坚持知识、能力、专业素养的有机融合,使学生成为具有独立思考能力、创新协作精神和社会担当的合格人才。

关键词：建筑环境学自主研究实验研究教学改革

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